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25 Jahre FED - Ein Rückblick

Neue Mitglieder

29.10.2013

Bericht und Vortragsfolien | elektron Systeme und Komponenten GmbH & Co.KG

Gastgeber des dritten Regionalgruppentreffens im Jahre 2013 war die Firma Elektron Komponeten und Systeme GmbH in Weißenohe.
Gegen 13 Uhr wurden die Teilnehmer und Referenten von Hr. Markus Biener willkommen geheißen.  An den Themen waren insgesamt 18 Teilnehmer interessiert.

Da auch an dieser Veranstaltung wieder Gäste und neue Mitglieder des Verbandes teilgenommen haben, wurde der FED als Verband vorgestellt.
In dieser Präsentation wurde zusätzlich auf folgende Themen eingegangen:

  • neues aus der Geschäftsstelle
  • 21. FED Konferenz in Bremen
    • Rückblick
    • Mitgliederversammlung / neuer Vorstandsvorsitzender
    • Geschäftsführertreffen
    • Schülertag
    • Ausstellung / Vorträge
    • „10 Schlüssel zum Projekterfolg / 8 Kugeln für den Projekttod“
    • E2MS Award 2013
  • Highlights 2014:
    • 5. PCB Designertag in Würzburg
    • 22. FED Konferenz in Bamberg

Alle aktuellen Informationen über Dokumente und Veranstaltungen können auf der Homepage unter www.fed.de eingesehen werden.

Anschließend wurde von Hr Wolfgang Peter die Firma Elektron Systeme und  Komponenten GmbH vorgestellt. Die Firma Elektron hat aktuell ca. 75 Mitarbeiter.

Es wurde in 2012 ein Gesamtumsatz von ca. 6,8 Millionen Euro erwirtschaftet.

Elektron ist ein full service provider und deckt somit die gesamte Wertschöpfungskette von der Idee über die Fertigung bis zur Logistik ab. Der Bereich der Hard und Software Entwicklung wird größtenteils in Verbindung mit externen Partnern abgedeckt. Die Produktion fertigt, montiert und testet komplette Systeme und Komponenten – gewissermaßen als verlängerte Werkbank für die Kunden. Hierbei werden Kunden aus folenden Branchen bedient: Agrartechnik, Audio/Video, Automotive, Energie, Forschung, Industrie-Elektronik, Kommunikation, Konsumer-Elektronik, Luftfahrt, Medizin, Military, Solartechnik.

Desweiteren werden folgende Dienstleistungen angeboten:

Reworking / Instandsetzung und Nacharbeitsservice als Dienstleistung von Elektron, auch aus fremder Produktion, sowohl RoHS-konform als auch konventionell verbleit.

  • Fehleranalyse und Instandsetzung von Bauteilen, Baugruppen, Modulen und Systemeinheiten
  • Nacharbeiten und Änderungseinbau im SMD- als auch im THT-Bereich
  • Rework von BGA-Komponenten
  • Umbau und Reparatur auch bei Fine Pitch-Technik
  • Modifikationen an Entwickungs- und Vorserienbaueinheiten
  • Funktionale Prüfungen auf der Grundlage von zur Verfügung stehenden Spezifikationen
  • Analysen von technologischen und qualitativen Schwachstellen
  • Selektion von nichtkonformen Baugruppen aus Serien, einschließlich Nachbesserung
  • Rückgewinnung und Refreshing (Verzinnung) von (teuren) Bauteile
  • Tempern von Leiterplatten und Bauteilen, anschließendes Einschweißen oder Gurtung (mit Partner)
  • zur Neueinlagerung oder Verarbeitung
  • Verkleben und Underfill von Bauteilen zur Erhöhung der Halte- und Abscherkräfte

Das Werk ist nach nach ISO 90001:2008, ISO/TS 16949:2009 und ISO 14001:2004 zertifiziert.

Im letzten Jahr wurde beim Best EMS jeweils der 3. Platz in den Katagorien Entwicklungskompetenz und Lieferpünklichkeit erreicht. Die Elektron Komponenten und Systeme Gmbh ist ein Mitglied der Elsysko group.
Anschließend wurde das neue Produkt OC Scan vorgestellt.

1.Fachvortrag: Anforderungen an Design und Verarbeitung von Fine-Pitch-Bauelementen (QFN, CSP, 01005)
(Rainer Taube, TAUBE ELECTRONIC GmbH)

Treibende Kraft für die fortschreitende Komplexität und Miniaturisierung der Baugruppen ist Produktion  immer kleiner werdenden Bauelementen. Gehäusegrößen 0201 und bereits 01005 bei den Zweipolern, CSP’s mit einem Raster < 500µm und  BTC’s mit einem Raster <500µm werden heute auf den Baugruppen eingesetzt. Eine Bearbeitung im Wellenlötprozess ist mit den kleinen Bauteilen nicht mehr möglich. Die Bauteilgewichte verringern sich ebenfalls und in der Fertigung ist besondere Aufmerksamkeit notwendig. Anwendung finden die kleinen Bauteile vorwiegend in mobilen und kleinen medizinischen Geräten. Hochpolige BGA’s erfordern kleine Abblock- und Terminierungs-Widerstände, um EMV-Belange zu berücksichtigen.

 

Es sind jedoch Einschränkungen bei der Wahl des Baugruppenproduzenten zu machen. Der Maschinenpark muss entsprechend ausgerüstet sein und das Personal über ein großes Fachwissen verfügen. Ein Hauptfehler bei den kleinen Bauteilen ist das Tombstoning, bedingt durch die kleinen Massen und einer ungleichmäßigen Erwärmung der Fügestellen. Ein schlecht ausgeführtes Design verstärkt diesen Fehler. Das Zentrum des Bauteilanschlusses und das Zentrum der Anschlussfläche sollten auf der Leiterplatte annähernd im gleichen Punkt liegen.

Bei den Drei-und Mehrpolern ist die gleiche Tendenz zur Kleinheit zu finden. Noch kleiner sind µ-Bauteile, die einen Pitchabstand von 350µm haben, bei einer Größe von 1x1mm. In dieser Gruppe sind sehr viel unterschiedliche Gehäusevarianten am Markt vorhanden. Die am schnellsten wachsende Gruppe sind die BTC’s (Bottom Termination Components). Diese Bauelemente sind preisgünstig herstellbar, wenig anfällig gegen mechanische Beanspruchung und haben auf Grund des Gehäuses eine gute Wärmeableitung.

Nachteilig wirkt sich nur die geringe Lotspalthöhe aus. Durch Kleinheit des Gehäuses und den darin untergebrachten Funktionen steigt die Leistung des Gehäuses und damit verbunden die Notwendigkeit für eine gute Wärmeabfuhr zu sorgen. Zu den Signalanschlüssen am Rande des Bausteines ist ein großes Thermal-Pad vorhanden. Auf der Leiterplatte ist dann für eine weitere Wärmeabfuhr zu sorgen, wobei Durchkontaktierungen den Effekt vergrößern können. Beim Löten ist jedoch darauf zu achten, dass das Lot nicht durch die Durchkontaktierungen abfließt und damit eine anfällige Lötverbindung entsteht. In den meisten Fällen ist das Thermal-Pad an GND-Potential angeschlossen.

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BTC-Gehäuse sind nicht standardisiert. Damit ist die Verwendung von Standard-Anschlussflächen problematisch. Um hier Schwierigkeiten auszuschließen müssen für jedes Bauteil die Anschluss-flächen auf Grundlage der Datenblätter der Hersteller gesondert in einer Bibliothek abgelegt werden. Die Verwendung ungeprüfter Landpattern sorgt für Probleme. In einigen Fällen ist das Vermessen der Landeflächen notwendig, um die Schablonenöffnungen exakt anzupassen. Bei den geringen Leiterbahnbreiten und -abständen ist der Ätzvorgang bei der Leiterplattenherstellung besonders zu beachten. Durch den Ätzvorgang wird die Leiterbahn trapezförmig ausgebildet, der Fuß ist breiter als die Oberfläche. Bei Leiterbahnen unter 250µm sind die Kupferschichtdicken möglichst gering zu halten.

An die Lotpastenschablone werden bei den kleinen Bauelementen hohe Anforderungen gestellt. Bei den kleinen Strukturen sollte auf eine Verkleinerung der Pastenöffnung verzichtet werden, war aber einen erhöhten Aufwand bei der Reinigung der Schablone bedeutet. Beim Pastendruck für BTC’s muss eine hohe Gleichmäßigkeit des Pastenauftrages gewährleistet sein. Lötstoppfreihaltungen sind nur strukturabhängig, zu große Freihaltungen können zum Abfließen des Lotes führen. Auf den Thermal-Pads ist das Pastenvolumen für eine zuverlässige Lötstelle sehr kritisch zu beachten und Pastenverluste durch Abfließen zu vermeiden. Bei der Pastenauswahl ist darauf zu achten, dass mindestens 5 Kugeln nebeneinander in die Schablonenöffnung gepresst werden. Die Einteilung der Pasten erfolgt je nach Größe der Kugeln in Klassen 1 bis 8. Die für BTC’s notwendige Klasse 5 ist nur schwer beschaffbar. Eine Alternative zum Schablonendruck ist das JET-Dispensen, ein sehr flexibles aber langsameres Verfahren gegenüber Schablonendruck. Bisher ist die Anwendung nur bis zu einer Leiterbahnbreite von 300µm möglich.

Auch bei der Lötstoppmaske ist eine hohe Genauigkeit bei Strukturen =<500µm notwendig. Eine automatische Aufweitung durch den Leiterplattenhersteller ist nicht zulässig, es muss streng nach dem Design verfahren werden. In der Fertigung müssen die Bestückungsanlagen entsprechend beschaffen sein. Zur Bestückung gehört auch die Beachtung des MSL-Levels.

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Ein wichtiger Faktor ist die Betrachtung der Voids. Sie verringern die mechanische Festigkeit der Fügestelle und führe zu einer minderen Zuverlässigkeit. Einflussfaktoren auf die Voidbildung haben unter anderem die Lotspalthöhe und das Temperaturprofil im Lötprozess. Ferner sind im Thermal-Pad Kanäle zur Ausgasung vorteilhaft. Ein Einsatz einer Vakuumlötanlage kann ebenfalls wesentlich zur Verminderung der Voids beitragen. Ein weiteres Fehlverhalten von Lotpasten mit kleinen Kugeln ist das Grapping. Die Kugeln führen an der Oberfläche zu einer höheren Oxydation wenn in der Vorheizung bereits das Flussmittel verdampft und damit das Lotdepot nicht mehr auffließt.

Risiken bei der Anwendung von kleinen Bauteilen, die mit der Verwendung vielpoliger Bauteile immer größer werden, müssen beachtet und durch Gegenmaßnahmen verhindert werden. Lötfehler sind nur noch im Röntgenverfahren sichtbar zu machen. Eine Ausnahme bilden hier QFN mit einer benetzbaren Flanke, die die Begutachtung der Lötstelle zulässt.

Eine Verarbeitung von µComponents ist also unter Beachtung aller wichtigen Faktoren eine anwendbare Technologie.

2. Fachvortrag: Eine LED und ein Vorwiderstand - wo ist das Problem? (Peter Koller, PKS Group)

Am Anfang stand der Wunsch des Kunden "Können Sie uns Leiterplatten mit jeweils einer LED und einem Vorwiderstand bestücken?" Kein Problem, sollte man meinen - aber dann....

Im zweiten Fachvortrag nach der Pause referiert Dr Peter Koller, Firma PKS Group.
Es wurde, ein auf den ersten Blick, einfaches Produkt einer LED Applikation vorgestellt.

Bei der Umsetzung ergaben sich allerdings einige Hürden.
Es wurde dabei der gesamte Prozess von der Schaltplan- und Layouterstellung aufgezeigt.

Anschließend wurden die Themen bei der Materialbeschaffung beleuchtet.
Themen bei der LED Auswahl, bezüglich der Durchlassspannung, der Helligkeits-Gruppierung und der Farbortgruppen wurde erläutert.

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Die Leiterplattenherstellung mit weissen und schwarzen Lötstopplack und die daraus resultierenden Herausforderungen waren eine weitere Hürde. Und schließend ging es um die Bereiche der Bestückung und der Funktionsprüfung. Nach den gemeisterten Herausforderungen, ist das Produkt jetzt in Serie und kann ab 2014 in Millionen Stückzahlen produziert werden.


Anschließend bestand die Möglichkeit die Produktion der Firma Elektron zu besichtigen. Hierbei wurde das neue Produkt OC SCAN im Bereitstellungsbereich vorgeführt. Als Dank für die die gewährte Gastfreundschaft wurde Herrn Wolfgang Peter durch Markus Biener ein Geschenk übergeben.

Zum Ende der Veranstaltung, gegen 17.30 Uhr, wurden die Teilnehmer verabschiedet.
Die nächste Sitzung der RG Nürnberg ist im März 2014 geplant.
Die Themen und der Tagungsort werden frühzeitig auf der Homepage veröffentlicht.
Neue Themenvorschläge, Verantstaltungsorte sowie Anregungen für die nächsten Sitzungen werden gerne aufgenommen.

Markus Biener,
Regionalgruppenleiter Nürnberg


Quelle

Anforderungen an Design und Verarbeitung von μ-Components: BTC, CSP, 0201 (01005) - Anwendung der IPC-7093 (Rainer Taube, TAUBE ELECTRONIC GmbH)

Eine LED und ein Vorwiderstand - wo ist das Problem? (Peter Koller, PKS Group)

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